1、课程设计报告题 目： 单相桥式全控整流电路设计 阻感负载 学生姓名： 王新星 学生学号： 0808220134 系 别： 电气信息工程学院 专 业： 自动化 届 别： 2013 指导教师： 胡艳丽 电气信息工程学院制2012 年 10 月单相桥式全控整流电路设计成绩淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 1 页阻感负载学生：王新星指导老师：胡艳丽电气信息工程学院自动化专业1. 课程设计目的与要求1.1 课程设计目的综合所学知识，设计电压可调功能的直流电源系统（整流电路） 。掌握整流电路的工作原理和设计方法。培养自己独立思考分析，独立搜集资料，独立设计的能力。熟练和
2、掌握分析、总结、撰写课程设计的方法。1.2 课程设计要求1.单相桥式全控整流电路设计要求：负载为阻感负载：L=0.5，R=102.技术要求电源电压：交流 100V/50Hz触发角度 ：0901.3 课程设计的研究基础电路，电力电子技术，MATLAB 程序设计与应用。2.课程设计方案选择2.1 整流电路单相相控整流电路分为单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。整流电路的负载可以概括为电阻性负载、阻感负载、电容性负载和电动势负载，负载性质的不同对于电路的影响也各不相同，输出特点不同。电路简图如下：LRV T 1V T 3V T 2V T 4A C图 1 整流电路在单相桥式全控整流电路中，晶闸管 V
3、T1 和 VT4 组成一对桥臂，晶闸管 VT2 和淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 2 页VT3 组成另一对桥臂。VT1 和 VT3 组成共阴极组，加触发脉冲后，阳极电位高者导通。VT2 和 VT4 组成共阳极组，加触发脉冲后，阴极电位低者导通。触发脉冲每隔 180 触发一次，分别触发 VT1、VT4 和 VT2、VT3 。单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动很小，可近似看作直流，功率因数高，不存在直流磁化现象，输出电压的平均值为单相半波电路的 2 倍，相同负载下每个晶闸管流过的平均电流减小一半，波形平稳。综上所述，我选择的方案是单相桥式全控整流电路（阻感负
4、载） 。2.2 器件的选择晶闸管广泛用于大功率变换和控制的传统器件。晶闸管往往专指晶闸管的一种基本类型普通晶闸管。但从广义上讲，晶闸管还包括许多类型的派生器件。晶闸管结构晶闸管是大功率器件，有三个引脚，分别是阳极 A，阴极 K，栅极 G。晶闸管导通条件阳极施加正向电压。栅极施加正向电压触发信号。晶闸管关断条件晶闸管一旦导通，栅极失去作用，若想使其关断，必须减小其电流至维持电流以下。减小维持电流的方法： 晶闸管承受反向电压或减小正向电压。增加回路电阻。3.主电路的设计3.1 主电路的系统框图交流电源整流部分阻感负载显示部分图 2 系统框图淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设
5、计报告 第 3 页3.2 系统主体电路原理及工作说明LRV T 1V T 3V T 2V T 4A C图 3 系统原理图（1）工作原理：假设电感 L 取值极大，保证负载电流的连续，近似为一条直线。在电源电压 正半周时，晶闸管 VT1 和 VT4 承受正向电压，设晶闸管在2u时触发，VT1 和 VT4 导通，回路为 VT1，负载 VT4，电源负极。由于大电感的wt存在，电源 由零变负时，电感上的电动势使继续导通直至 VT2 和 VT3 导通。2在电源电压 负半周时，晶闸管 VT2 和 VT3 承受正向电压，晶闸管在u时触发导通，负载电流从 VT1 和 VT4 换相至 VT2 和 VT3。 wt在
6、单相桥式整流电路（阻感负载）中，导通角 。2 （2）参数计算1）输出电压平均值 和输出电流平均值dUdI(公式 1)cos9.02u(公式 2) RId2)晶闸管的电流平均值 和有效值dTTI(公式 3)dTI21(公式 4)d3）输出电流有效值 和变压器二次侧电流I2I(公式 5)d2淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 4 页4）晶闸管承受的最大正向电压和最大反向电压均为 。2U4.系统仿真和调试 4.1 仿真软件简介Simulink 于 20 世纪 90 年代初由 MathWork 公司开发，是 MATLAB 环境下对动态系统进行建模，仿真和分析的一个软件
7、包。在该软件环境下，用户可以在屏幕上调用现成的模块，并将它们适当连接起来以构成系统的模型，即所谓的可视化建模。建模以后，以该模型为对象运行 Simulink 中的仿真程序，可以对模型进行仿真，并可以随时观察仿真结果和干预仿真过程。Simulink 由于功能强大，使用简单方便，已成为应用最广泛的动态仿真系统软件。4.2 系统仿真实现 系统建模在 Simulink 环境下绘制出单相桥式全控整流电路（阻感负载） ，元器件模型在simPowerSystem 中查找，建立模型。如图 4。图 4 仿真原理图淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 5 页 设置元器件模型参数1）
8、交流电压源 ,电压 100V,频率 50Hz,初始相位 。在电压设置中将电压峰值2U0改为 141.4。如图 5。图 5 电压参数2）晶闸管使用默认参数。如图 6。淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 6 页图 6 晶闸管参数3）负载 R 的值为 10，L 的值为 0.5H，C 的值为 inf。如图 7。图 7 负载参数4) 晶闸管的触发采用脉冲触发器产生，触发器周期和交流电压周期一致。晶闸管的控制角 一脉冲的延时时间 t 来表示， ,其中 T 为电压周期， 为控制角。360t在设置晶闸管触发时脉冲触发器 2 的延迟时间比脉冲触发器 1 的多 0.01，图 8,
9、图 9 给出了 时的参数。 03图 8 脉冲触发器 1 参数淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 7 页图 9 脉冲触发器 2 参数4.3 系统测试波形当控制角 0时，系统的仿真波形图，见图 10：图 10 0仿真波形数据记录： 的平均值为：88.4 V ， 的平均值为：8.84 A ；dUdI实际计算值： 的平均值为：90 V ， 的平均值为：9.0 A淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 8 页当控制角 03，系统的仿真波形图，见图 11：图 11 03仿真波形数据记录： 的平均值为：76.23V ， 的平均值为：7.634
10、A；dUdI实际计算值： 的平均值为：77.94 V ， 的平均值为：7.794 A当控制角 06时，系统的仿真波形图，见图 12：图 12 06仿真波形数据记录： 的平均值为：43.6 V ， 的平均值为：4.34A ；dUdI实际计算值： 的平均值为：45 V ， 的平均值为：4.5 A淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自动化专业课程设计报告 第 9 页当控制角 09时，系统的仿真波形图，见图 13：图 13 09仿真波形数据记录： 的平均值为：1.96 V ， 的平均值为：0.2321 A ；dUdI实际计算值： 的平均值为：0 V ， 的平均值为：0 A4.4 实验数据分析从各
11、项数据分析可以看出，由于元器件的非线性失真，仿真得到的数据 和 与dUI实际计算的值有偏差。随着触发脚的增大，电压值随着减小，当触发脚 时，电2压值为 0，整流电路不再产生作用，所以阻感负载的导通角 。2 5.总结5.1 设计小结此次的课程设计使我认识到了自己的不足，理论知识学得再好，不能和实际结合那也是无用的。在绘制仿真图形的过程中由于参数设置不对，无法进仿真，最终在同学和自己的努力下完成任务。5.2 收获体会通过本次课程设计，对电力电子这门课程和 MATLAB 仿真有了更深的理解，期间查了不少的资料，独立完成了任务，学习能力有所提高。5.3 展望淮南师范学院电气信息工程学院 2013 届自
12、动化专业课程设计报告 第 10 页这次的设计主要是针对单相整流电路，这些原理和方法的掌握，为以后三相整流电路的分析打下了坚实的基础。此次的仿真我也感受到了 MATLAB 的强大，MATLAB 提供的可视化仿真工具 Simulink 可建立电路仿真模型，随意改变仿真参数，并且可得到任意的仿真结果，我相信在今后的学习我会经常的使用这个软件。6.参考文献参考文献1 李先允.电力电子技术.北京：中国电力出版社，20062 刘卫国.MATLAB 程序设计与应用M.北京：高等教育出版社，20063 陈治明.电力电子技术基础.北京：机械工业出版社，1992 4 吴锡龙编.电路分析.北京：高等教育出版社，20045 邱关源主编.现代电路理论.北京：高等教育出版社，2001
